香港科技大学研究人员揭开牙菌斑形成的小分子理化机制

由香港科技大学海洋科学系和生命科学系主任教授Qian Peiyuan教授领导的跨学科研究小组揭示了人类口腔微生物群的健康影响新见解，并促进未来预防蛀牙的研究。研究结果最近发表在着名的科学期刊“Nature Chemical Biology”上，并被Nature报道为研究亮点之一。

　　

由香港科技大学海洋科学系和生命科学系主任教授Qian Peiyuan教授领导的跨学科研究小组揭示了变形链球菌（S.mutans）-一种常见于人类口腔中的细菌腔-使用合成生物学方法与龋齿发展相关联，为人类口腔微生物群的健康影响提供新见解，并促进未来预防蛀牙的研究。研究结果最近发表在着名的科学期刊“Nature Chemical Biology”上，并被Nature报道为研究亮点之一。

我们星球上的每个湿润表面都被生物膜覆盖，生物膜由排列在细胞外有机基质中的微生物细胞组成。美国国立卫生研究院（NIH）的一项早期研究得出结论，超过80%的人类细菌感染是由生物膜引起的。因此，变形链球菌是人类口腔的天然和主要居民，具有形成生物膜和产生有机酸的强大能力，长期以来被认为是龋齿的主要病原体。

龋齿或蛀牙的发展是一个复杂的过程，主要取决于牙齿表面微生物生物膜的存在，这被称为牙菌斑。蛀牙已被认为是折磨人类的最常见的细菌感染和昂贵的慢性病之一。每年治疗蛀牙的全球经济负担达数十亿美元（1）。尽管已经广泛研究了变形链球菌用于生物膜形成和发育的大分子因子，但是小分子次级代谢物在变形链球菌的生物膜形成中的作用仍然很大程度上未被探索。

钱教授的研究小组一直在研究生物膜信号分子介导的微生物-动物相互作用，采用整合基因组学，转录组学和化学生物学方法。最近，研究小组扩大了与公共卫生有关的生物膜的工作。

该团队与加州大学伯克利分校的ZHANG Wen-Jun和Roya MABOUDIAN教授以及佛罗里达大学牙科学院的Robert BURNE教授合作，发现了聚酮化合物/非核糖体肽生物合成基因簇，muf，它与强大的生物膜形成能力直接相关，来自临床上从牙菌斑分离的变形链球菌菌株。然后，鉴定了muf相关的生物活性产物mutanofactin-697，其含有新的分子支架。进一步的作用模式研究表明，这种独特的微生物次生代谢产物通过前所未有的物理化学机制促进生物膜形成：这种小分子与变形链球菌细胞和细胞外DNA结合，增加细菌疏水性，随后促进细菌粘附和生物膜形成。

钱教授说：“我们的研究结果提供了第一个通过物理化学方法促进生物膜形成的微生物次生代谢产物的例子，强调了次级代谢在介导与龋齿发展相关的关键过程中的重要性。

该团队的研究员LI Zhongrui表示，这一发现将有助于从机理上进一步探索人类口腔生态和链球菌引起的龋齿发病率及预防中与mutanofactin相关的化学调控过程。 

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(1)全球口腔健康负担达4420亿美元https://www.nature.com/articles/bdjteam2015148